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盖革模式雪崩光电二极管激光雷达累积探测性能的研究 被引量:20
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作者 徐璐 张宇 +1 位作者 张勇 赵远 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期200-205,共6页
利用单个盖革模式雪崩光电二极管(Gm-APD)对单脉冲测距的激光雷达探测性能进行了研究。从Gm-APD进行单光子探测的模型出发,研究长死时间情况下,单脉冲多次累积探测的探测概率(PD)和虚警概率(PFA)。研究目标区间在选通门中的位置及平均... 利用单个盖革模式雪崩光电二极管(Gm-APD)对单脉冲测距的激光雷达探测性能进行了研究。从Gm-APD进行单光子探测的模型出发,研究长死时间情况下,单脉冲多次累积探测的探测概率(PD)和虚警概率(PFA)。研究目标区间在选通门中的位置及平均信号光电子数的变化对PD、PFA的影响;对不同次数累积探测下的PD、PFA做了比较和分析。理论研究和数值计算结果表明,累积探测能够提高探测性能,增加累积次数到3次,就可以非常明显地提高探测性能;控制好选通门的开启时间,可以明显提高探测性能;在接收一个激光脉冲时,只需产生4个光电子数就可以使探测性能基本达到最佳。 展开更多
关键词 探测器 盖革模式雪崩光电二极管激光雷达 探测性能 单脉冲累积 长死时间
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盖革模式雪崩光电二极管光子计数探测原理研究 被引量:10
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作者 王弟男 陈长青 王挺峰 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2012年第12期83-88,共6页
分析了盖革模式雪崩光电二极管(APD)工作原理,利用采样间隔内等长时间片的方法,建立了盖革模式APD的激发概率模型。在此基础上进一步分析了光子计数探测概率以及噪声模型,根据噪声模型给出了探测虚警率;针对漫反射和镜面反射两种类型目... 分析了盖革模式雪崩光电二极管(APD)工作原理,利用采样间隔内等长时间片的方法,建立了盖革模式APD的激发概率模型。在此基础上进一步分析了光子计数探测概率以及噪声模型,根据噪声模型给出了探测虚警率;针对漫反射和镜面反射两种类型目标,分析了两种反射表面的回波信号模型,结合噪声模型,最终得到了混有噪声信号的光子计数探测概率模型,并且计算了一定阈值条件下的探测概率。 展开更多
关键词 测量 盖革模式雪崩光电二极管 光子计数 POISSON分布 探测概率
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Design and implementation of GM- APD array readout circuit for infrared imaging
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作者 吴金 袁德军 +3 位作者 王灿 陈浩 郑丽霞 孙伟锋 《Journal of Southeast University(English Edition)》 EI CAS 2016年第1期11-15,共5页
Based on an avalanche photodiode( APD) detecting array working in Geiger mode( GM-APD), a high-performance infrared sensor readout integrated circuit( ROIC) used for infrared 3D( three-dimensional) imaging is ... Based on an avalanche photodiode( APD) detecting array working in Geiger mode( GM-APD), a high-performance infrared sensor readout integrated circuit( ROIC) used for infrared 3D( three-dimensional) imaging is proposed. The system mainly consists of three functional modules, including active quenching circuit( AQC), time-to-digital converter( TDC) circuit and other timing controller circuit. Each AQC and TDC circuit together constitutes the pixel circuit. Under the cooperation with other modules, the current signal generated by the GM-APD sensor is detected by the AQC, and the photon time-of-flight( TOF) is measured and converted to a digital signal output to achieve a better noise suppression and a higher detection sensitivity by the TDC. The ROIC circuit is fabricated by the CSMC 0. 5 μm standard CMOS technology. The array size is 8 × 8, and the center distance of two adjacent cells is 100μm. The measurement results of the chip showthat the performance of the circuit is good, and the chip can achieve 1 ns time resolution with a 250 MHz reference clock, and the circuit can be used in the array structure of the infrared detection system or focal plane array( FPA). 展开更多
关键词 infrared 3D(three-dimensional) imaging readout integrated circuit(ROIC) Geiger mode avalanche photodiode active quenching circuit(AQC) time-to-digital converter(TDC)
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GM-APD阵列高精度像素读出电路设计 被引量:5
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作者 赵佳姮 赵毅强 +2 位作者 叶茂 夏显召 周国清 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期138-145,共8页
提出并设计了一种适用于激光3D成像的盖革模式雪崩光电二极管(Geiger-mode avalanche photodiode,GM-APD)阵列像素读出电路。基于飞行时间(time-of-flight,TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(active quenching circui... 提出并设计了一种适用于激光3D成像的盖革模式雪崩光电二极管(Geiger-mode avalanche photodiode,GM-APD)阵列像素读出电路。基于飞行时间(time-of-flight,TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(active quenching circuit,AQC)和时间数字转换器(time-to-digital converter,TDC)。所采用的TDC是粗细结合的两段式计数方式,成功实现了时钟频率和时间分辨率间的折中。基于内插技术,由粗计数的线性反馈移位寄存器和细计数的延时线型TDC共同实现了高达18-bit的动态范围。同时两者的时钟频率分别降低至250 MHz和500 MHz,分别是常规设计频率的1/20和1/10,大大降低了设计和应用难度。电路采用SMIC 0.18μm工艺设计,后仿结果显示达到了200 ps的高精度时间分辨率,对应的距离分辨率为3 cm,完全能够满足3 km激光3D成像中的测距要求。像素电路版图面积小于50×95μm2,总功耗为0.89 m W,具有小面积和低功耗的优势。 展开更多
关键词 读出电路 盖革模式雪崩光电二极管 延时线型TDC 激光3D成像
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单量估计法单光子激光透雾成像 被引量:4
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作者 郭世杭 陆威 +3 位作者 孙剑峰 刘迪 周鑫 姜鹏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1234-1241,共8页
传统激光雷达在透雾成像过程中受探测接收灵敏度限制无法提取淹没在强后向散射噪声内的目标信号,难以达到透雾效果。本文提出单量估计法的面阵盖革模式雪崩光电二极管激光雷达透雾成像算法,依据盖革模式触发探测模型,通过对回波光子进... 传统激光雷达在透雾成像过程中受探测接收灵敏度限制无法提取淹没在强后向散射噪声内的目标信号,难以达到透雾效果。本文提出单量估计法的面阵盖革模式雪崩光电二极管激光雷达透雾成像算法,依据盖革模式触发探测模型,通过对回波光子进行极大似然估计得到后向散射分布,提取目标回波位置,抑制了后向散射噪声,达到透雾成像的目的。搭建了室内激光透雾成像实验平台,获取了不同浓度下的透雾成像数据。实验结果表明,与峰值法和双量估计法相比,单量估计法能最大程度恢复目标像素数,衰减系数为0.11 m-1时,相比峰值法距离信息恢复量提升8.26%,目标复原度降低16.22%;衰减系数为0.86 m-1时,相比峰值法距离信息恢复量提升86.86%,目标复原度提高20.51%;衰减系数为2.37 m-1时,相比峰值法距离信息恢复量提升253.19%,目标复原度提高53.44%。在衰减系数较大时,单量估计法在信号级去雾处理上的目标复原度较高。 展开更多
关键词 激光雷达 后向散射 盖革模式雪崩光电二极管 GAMMA分布 单量估计法
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基于G-SPAD的卫星激光测距回波特性 被引量:4
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作者 刘源 安宁 +3 位作者 范存波 温冠宇 张海涛 马磊 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期193-200,共8页
从盖革模式单光子雪崩光电二极管的光电特性出发,分析了卫星激光测距的测距精度与激光脉冲宽度及回波强度的关系,并利用长春站卫星激光测距系统对地球动力学卫星进行观测.结果表明,当回波光子数为1 000左右时,系统测距精度为10.2mm左右... 从盖革模式单光子雪崩光电二极管的光电特性出发,分析了卫星激光测距的测距精度与激光脉冲宽度及回波强度的关系,并利用长春站卫星激光测距系统对地球动力学卫星进行观测.结果表明,当回波光子数为1 000左右时,系统测距精度为10.2mm左右,当回波光子数为8 000时,测距精度减小为9.4mm左右,表明回波强度较大时,可提高卫星激光测距系统的测距精度;当激光器脉宽为200ps时,系统测距精度为17.3mm,当脉宽为50ps时,系统的测距精度为10.0mm,表明卫星激光测距系统的测距精度随着脉宽变窄得到了有效提高.为进一步验证理论结果,对Ajisai卫星进行实测,分析了高重复频率激光测距系统对系统测距精度的影响,结果表明采用窄脉宽高重复频率的激光测距系统,激光测距有效回波数和标准点密度呈数量级增加,测距精度也有一定的提高.因此,为了改善卫星激光测距系统回波特性,应选用脉宽窄、重复频率高、能量大的激光器作为基于盖革模式单光子雪崩光电二极管的卫星激光测距系统的激光光源. 展开更多
关键词 盖革模式单光子雪崩光电二极管 探测器 卫星激光测距 回波特性 测距精度
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光子计数无线光通信系统信噪比分析
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作者 印蕾 《通信技术》 2018年第10期2292-2296,共5页
为了拓展无线光通信距离,提高接收端探测器灵敏度,研究利用盖革模式雪崩光电二极管(GM-APD)阵列检测光信号。基于弱光光子到达的泊松分布与计数过程的二项分布,推导出适用于光子计数通信系统的信噪比(SNR)公式,同时研究单个门内平均信... 为了拓展无线光通信距离,提高接收端探测器灵敏度,研究利用盖革模式雪崩光电二极管(GM-APD)阵列检测光信号。基于弱光光子到达的泊松分布与计数过程的二项分布,推导出适用于光子计数通信系统的信噪比(SNR)公式,同时研究单个门内平均信号光子数、信号周期内开门次数、阵列中GM-APD个数对信噪比的影响。理论研究和数值仿真结果表明,提高信号周期内开门次数能有效提高系统信噪比;信号光功率较弱时(小于2个/门),增加信号光功率能明显改善系统信噪比;当GM-APD暗计数较大时(大于8×10-4个/门),阵列中GM-APD个数超过15个将会导致信噪比的恶化。 展开更多
关键词 盖革雪崩光电二极管 光子计数 无线光通信 信噪比
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Silicon Geiger mode avalanche photodiodes 被引量:1
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作者 M. Mazzillo G. Condorelli +14 位作者 D. Sanfilippo G. Fallica E. Sciacca S. Aurite S. Lombardo E. Rimini M. Belluso S. Billotta G. Bonanno A. Campisi L. Cosentino P. Finocchiaro F. Musumeci S. Privitera S. Tudisco 《Optoelectronics Letters》 EI 2007年第3期177-180,共4页
In this letter we present the results regarding the electrical and optical characterization of Geiger mode silicon avalanche photodiodes(GMAP) fabricated by silicon standard planar technology. Low dark count rates,neg... In this letter we present the results regarding the electrical and optical characterization of Geiger mode silicon avalanche photodiodes(GMAP) fabricated by silicon standard planar technology. Low dark count rates,negligible afterpulsing effects,good timing resolution and high quantum detection efficiency in all the visible range have been measured. The very good electro-optical performances of our photodiodes make them attractive for the fabrication of arrays with a large number of GMAP to be used both in the commercial and the scientific fields,as telecommunications and nuclear medical imaging. 展开更多
关键词 雪崩光电二极管 盖革模式 电学特性 光学特性
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无线光通信中基于光子计数的接收误码性能分析 被引量:4
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作者 汪琛 徐智勇 +2 位作者 汪井源 赵继勇 韦毅梅 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期110-117,共8页
为了实现强衰减条件下的无线光通信,研究利用单光子探测器检测接收端光信号。在分析门控模式盖革雪崩光电二极管(Gm-APD)工作原理的基础上,基于泊松分布,对单个门内Gm-APD的触发概率进行研究。根据二项分布,建立了基于单个Gm-APD的误码... 为了实现强衰减条件下的无线光通信,研究利用单光子探测器检测接收端光信号。在分析门控模式盖革雪崩光电二极管(Gm-APD)工作原理的基础上,基于泊松分布,对单个门内Gm-APD的触发概率进行研究。根据二项分布,建立了基于单个Gm-APD的误码率模型,研究了单个门内的信号光子数、背景光子数与信号周期内开门次数对误码率的影响。理论分析与数值仿真结果表明,信号周期内开门次数决定了系统可能达到的最低误码率;误码率随信号周期内开门次数增加呈指数下降;将误码率控制在10-3相比于10-9,接收灵敏度将至少提高3 d B。最后通过实验测量了给定条件下的误码率,并与模型仿真结果进行对比,验证了模型的正确性。 展开更多
关键词 光通信 光子计数 盖革雪崩光电二极管 二项分布 误码率
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